DE4011630A1

DE4011630A1 - Spark plug for IC engine - has central carrier supporting angularly spaced electrode pins providing respective spark gaps

Info

Publication number: DE4011630A1
Application number: DE19904011630
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Beantragt Teilnichtnennung
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-04-11
Filing date: 1990-04-11
Publication date: 1991-10-17

Abstract

The spark plug incorporates a cylindrical space acting as a precombustion chamber (3,4) with a rear chamber (3) having a greater dia. and a front chamber (4) with a lesser dia., the wall of which projects into the engine combustion chamber. The spark gap is provided by the inner wall of the front chamber (4), using a central electrode carrier (9) supporting a series of electrode pins (7). The pins are evenly spaced around the electrode carrier, with their free ends adjacent the front chamber inner wall, to define a corresponding number of spark gaps (8). ADVANTAGE - Extended working life.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündelektrodenanordnung in einer Zündkerze für eine Brennkraftmaschine, bei der der Kerzenkörper einen zylindrischen Raum umschließt, der als Vorbrennkammer wirkt, in dem eine Mittelelektrode angeordnet ist, die mit der Wand des zylindrischen Raumes eine Funkenstrecke bildet und bei der an eine hintere Vorbrennkammer mit größerem Durchmesser sich in Richtung zu dem Hauptbrennraum eine vordere Vorbrennkammer mit kleinerem Durchmesser anschließt, deren Wand zum Teil in den Hauptbrennraum hineinragt und wo durch mindestens eine tangentiale Bohrung in der Wand der vorderen Vorbrennkammer ein wechselweiser Gasübertritt zwischen Vorbrennkammer und Hauptbrennraum erfolgen kann.The invention relates to an ignition electrode arrangement in a spark plug for an internal combustion engine, in which the Candle body encloses a cylindrical space that as Pre-combustion chamber acts in which a central electrode is arranged with the wall of the cylindrical space forms a spark gap and in the case of a rear one Pre-combustion chamber with a larger diameter towards the main combustion chamber with a front pre-combustion chamber smaller diameter connects, the wall of which partly in protrudes into the main combustion chamber and where through at least one tangential hole in the wall of the front pre-combustion chamber an alternate gas transfer between the pre-combustion chamber and Main combustion chamber can take place.

Zündkerzen dieser Art ermöglichen die Entflammung magerer Kraftstoff-Luftgemische. Besonders günstig wirkt sich dabei ein drallbehafteter Strömungsverlauf in der Vorbrennkammer aus.Spark plugs of this type enable leaner ignition Air-fuel mixtures. It has a particularly favorable effect a swirling flow in the pre-combustion chamber out.

In den Patentschriften DE 29 16 285 und DE 31 01 326 werden derartige Zündkerzen beschrieben. Die darin gezeigten Ausführungsformen haben nur eine Funkenstrecke für die Ausbildung des Zündfunkens. Das hat den Nachteil, daß durch den besonders hohen Zündspannungsbedarf bei mageren Gemischen vergleichsweise schnell die Elektrode verschleißt und daher derartige Zündkerzen einen zu geringen Gebrauchsnutzen besitzen.In the patents DE 29 16 285 and DE 31 01 326 described such spark plugs. The ones shown in it Embodiments have only one spark gap for that Training of the spark. This has the disadvantage that the particularly high ignition voltage requirement for lean The electrode wears out comparatively quickly and therefore such spark plugs are too small Possess utility.

Dabei besteht zudem der Nachteil, daß die in der Funkenstrecke vorhandene starke Drallbewegung den sich bildenden Zündfunken abreißt, so daß eine Entflammung nicht stattfindet. Zur Verhinderung dieser Funkenabrisse ist eine weitere Erhöhung der Zündspannung notwendig, die zu einem weiteren Anstieg des ohnehin hohen Zündspannungsbedarfs bei Magergemischen führt und damit der Verschleißvorgang der Zündelektroden noch weiter beschleunigt wird.There is also the disadvantage that the in Spark gap existing strong swirl movement detonating sparks, so that inflammation does not takes place. To prevent these spark breaks is a further increase in the ignition voltage is necessary, leading to a further increase in the already high ignition voltage requirement Lean mixtures leads and thus the wear process of the Ignition electrodes is accelerated even further.

Ein weiterer Nachteil von Anwendungen der vorgenannten Art ist der, daß nur an einer Stelle eine Funkenstrecke ausgebildet wird. Dadurch besteht bei Schwankungen des Zustandes des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Bereich der Funkenstrecke z. B. durch inhomogene Beimischungen von verbrannten Restgasen des Hauptbrennraumes die Möglichkeit, daß während des Zündzeitpunktes kein optimaler Gemischzustand vorliegt und damit die angestrebte maximale Verschiebung der Mischung zu möglichst großen Luftzahlen nicht vorgenommen werden kann.Another disadvantage of applications of the aforementioned type is that there is only one spark gap at one point is trained. This gives rise to fluctuations in the State of the fuel-air mixture in the area of Spark gap z. B. by inhomogeneous admixtures of burned residual gases from the main combustion chamber that during the ignition timing not an optimal one Mixed state exists and thus the desired maximum Shifting the mixture to the largest possible air numbers cannot be made.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Zündelektrodenanordnung derart auszubilden, daß einerseits der Zündspannungsbedarf bei Betrieb mit mageren Kraftstoff- Luftgemischen abgesenkt wird und durch die daraus resultierende verringerte Zündenergie des Zündfunkens die Lebensdauer der Zündeinrichtung wesentlich verlängert wird. Zum anderen soll die Entflammungssicherheit verbessert und die magere Zündgrenze der Mischung zu größeren Luftzahlen verschoben werden.The invention is therefore based on the object Form the ignition electrode arrangement such that on the one hand the ignition voltage requirement when operating with lean fuel Air mixtures is lowered and through it resulting reduced ignition energy of the spark The life of the ignition device is significantly extended. On the other hand, the flame resistance should be improved and the lean ignition limit of the mixture for larger air numbers be moved.

Diese Aufgabe soll in wirtschaftlicher Art durch den kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs gelöst werden.This task should be carried out in an economic manner by the characterizing part of the first claim to be solved.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß mehrere Zündelektroden an der Mittelelektrode angebracht werden, die in die Vorbrennkammer hineinragen und dort am Umfang des vorderen Teils der Vorbrennkammer Funkenstrecken zur Wand bilden.According to the invention, the object is achieved in that that multiple ignition electrodes on the center electrode be attached, which protrude into the pre-combustion chamber and there on the circumference of the front part of the pre-combustion chamber Form spark gaps to the wall.

Die Erzeugung von mehreren Funkenstrecken zur Wand der vorderen Vorbrennkammer hat den Vorteil, daß sie von den rotierenden Wirbelfäden der Drallströmung periodisch durchlaufen werden, wobei die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten und Gemischzusammensetzungen periodisch zwischen oberen und unteren Grenzwerten wechseln. lm Zeitpunkt der Zündung wird an einer der mehrfach vorhandenen Funkenstrecken die Kombination von Strömungs-Geschwindigkeit und Gemischzusammensetzung besonders günstig sein, so daß der Funkenüberschlag schon bei besonders niedrigen Zündspannungswerten mit besonders guter Entflammungssicherheit erfolgt.The generation of multiple spark gaps to the wall of the front pre-combustion chamber has the advantage that it is from the rotating vortex filaments of the swirl flow periodically be traversed, with local Flow velocities and mixture compositions periodically between upper and lower limit values switch. At the time of ignition, one of the multiple existing spark gaps the combination of Flow speed and mixture composition be particularly cheap so that the sparkover already with particularly low ignition voltage values with special good flame resistance.

Die Absenkung der Geschwindigkeit wird durch die an der Wand vorhandene Grenzschicht noch in günstiger Weise unterstützt.The reduction in speed is due to that at the Wall existing boundary layer still cheap supported.

Der Ort des Funkenüberschlags, wechselt infolge der rotierenden Wirbelfäden in statistisch gleich verteilter Weise zwischen den mehrfach vorhandenen Funkenstrecken. Demzufolge verteilt sich auch der erosive Verschleiß der Elektrodenspitzen auf mehrere Elektroden gleichmäßig, so daß die Lebensdauer der Zündeinrichtung gegenüber einer solchen mit Einzelelektrode entsprechend der Zahl an vorhandenen Funkenstrecken sich in vorteilhafter Weise vervielfacht.The location of the flashover changes as a result of rotating vertebrae in statistically equally distributed Way between the multiple spark gaps. As a result, the erosive wear is also distributed Electrode tips evenly on several electrodes, see above that the life of the ignition device compared to a those with a single electrode corresponding to the number existing spark gaps are advantageous multiplied.

Durch die Ausgestaltung der Zündelektroden als dünne Drähte, die aus einem Metall der Platingruppe oder deren Legierung bestehen, wird das Feld der Drallströmung sowie die Flammenausbreitung in der vorderen Vorbrennkammer nur wenig gestört, was für eine sichere Entflammung des Gemisches vorteilhaft ist.By designing the ignition electrodes as thin Wires made of a metal of the platinum group or their Alloy consist of the field of swirl flow as well the flame spread in the front pre-combustion chamber only little disturbed, what a safe kindling of the Mixture is advantageous.

Störeinflüsse auf das Strömungsfeld der vorderen Vorbrennkammer werden weiterhin dadurch vermieden, daß die relativ starke Mittelelektrode in der hinteren Vorbrennkammer endet.Interferences on the flow field of the front Pre-combustion chamber are further avoided in that the relatively strong center electrode in the back Pre-combustion chamber ends.

In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, die in den nachfolgenden Beschreibungen näher erläutert werden.In the drawings, two embodiments of the Subject of the invention shown in the the following descriptions are explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 1 shows a first embodiment,

Fig. 2 die Untersicht des ersten Ausführungsbeispiels in einem Schnitt entlang der Schnittlinie I-II, Fig. 2 shows the bottom view of the first embodiment in a section along the line I-II,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel. Fig. 3 shows a second embodiment.

In dem ersten Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 eine Zündkerze (1) dargestellt, die mit dem Gewinde (12) in die Zündkerzenbohrung eines wassergekühlten Zylinderkopfes (2) unter Beilage eines Dichtringes (11) eingeschraubt ist und mit ihrer unteren Wand (13) in den Hauptbrennraum einer Brennkraftmaschine hineinragt.In the first embodiment, a spark plug ( 1 ) is shown in Fig. 1, which is screwed with the thread ( 12 ) into the spark plug bore of a water-cooled cylinder head ( 2 ) with the addition of a sealing ring ( 11 ) and with its lower wall ( 13 ) in protrudes into the main combustion chamber of an internal combustion engine.

Die untere Wand (13) umschließt eine vordere Vorbrennkammer (4) die mit der hinteren Vorbrennkammer (3) direkt verbunden ist. In die hintere Vorbrennkammer (3) ragt der Kerzenisolator (10) hinein. Die zentral in dem Kerzenisolator angeordnete Mittelelektrode (9) endet ebenfalls in der hinteren Vorbrennkammer (3). Von der Mittelelektrode (9) gehen 4 Zündelektroden (7) aus, die schräg nach vorne gegen die Wand (13) der vorderen Vorbrennkammer (4) gerichtet sind.The lower wall ( 13 ) encloses a front pre-combustion chamber ( 4 ) which is directly connected to the rear pre-combustion chamber ( 3 ). The candle insulator ( 10 ) projects into the rear pre-combustion chamber ( 3 ). The central electrode ( 9 ) arranged centrally in the candle insulator likewise ends in the rear pre-combustion chamber ( 3 ). 4 ignition electrodes ( 7 ) extend from the center electrode ( 9 ) and are directed obliquely forward against the wall ( 13 ) of the front pre-combustion chamber ( 4 ).

Zwischen dem freien Ende der Zündelektroden (7) und der Wand (13) der vorderen Vorbrennkammer bestehen Zwischenräume (8), die die Funkenstrecken für die Zündfunken ausbilden. Die Zündelektroden (7) ragen zweckmäßigerweise soweit in die vordere Vorbrennkammer (4) hinein, daß ihre Eintauchtiefe etwa 1/3 der axialen Länge der vorderen Vorbrennkammer (4) entspricht. Die Zündelektroden (7) bestehen vorzugsweise aus edlen Metallen oder Legierungen der Platingruppe.There are gaps ( 8 ) between the free end of the ignition electrodes ( 7 ) and the wall ( 13 ) of the front pre-combustion chamber, which form the spark gaps for the ignition sparks. The ignition electrodes ( 7 ) expediently protrude so far into the front pre-combustion chamber ( 4 ) that their immersion depth corresponds to approximately 1/3 of the axial length of the front pre-combustion chamber ( 4 ). The ignition electrodes ( 7 ) preferably consist of noble metals or alloys from the platinum group.

Sie sind durch Schweißen oder Hartlöten mit der Mittelelektrode (9) verbunden. In der Wand (13) der vorderen Vorbrennkammer (4) sind vorteilhafterweise 4 Tangentialbohrungen (5) und eine Axialbohrung (6) angeordnet, die ein wechselweises Überströmen von Gasen und Gasgemischen zwischen dem Hauptbrennraum der Brennkraftmaschine und den beiden Vorbrennkammerteilen (3 und 4) ermöglichen.They are connected to the center electrode ( 9 ) by welding or brazing. In the wall ( 13 ) of the front pre-combustion chamber ( 4 ), 4 tangential bores ( 5 ) and an axial bore ( 6 ) are advantageously arranged, which allow gases and gas mixtures to flow alternately between the main combustion chamber of the internal combustion engine and the two pre-combustion chamber parts ( 3 and 4 ) .

Die Zündung des brennbaren Kraftstoff-Luftgemisches im Hauptbrennraum der Brennkraftmaschine verläuft mit der hier beschriebenen Kammerzündkerze in folgender Weise ab: The ignition of the combustible air / fuel mixture in the The main combustion chamber of the internal combustion engine runs here described chamber spark plug in the following way:

Das in den Hauptbrennraum eingesaugte oder darin erzeugte Kraftstoff-Luftgemisch wird bei dem anschließenden Verdichtungshub des Kolbens aus dem Hauptbrennraum durch die Überströmbohrungen (5 und 6) in die vordere Vorbrennkammer (4) und schließlich teilweise in die hintere Vorbrennkammer (3) hineingedrückt.The fuel-air mixture sucked into or generated in the main combustion chamber is pressed during the subsequent compression stroke of the piston from the main combustion chamber through the overflow bores ( 5 and 6 ) into the front pre-combustion chamber ( 4 ) and finally partly into the rear pre-combustion chamber ( 3 ).

Dabei wird das in den beiden Vorbrennkammerteilen vom vorhergehenden Zündvorgang verbliebene Abgas in die hintere Vorbrennkammer zurückgeschoben, so daß die Zündelektroden ausschließlich von frischem brennbaren Kraftstoff- Luftgemisch umspült werden, das aus dem Hauptbrennraum stammt.This is in the two parts of the pre-combustion chamber previous ignition process remaining exhaust gas in the rear Pre-combustion chamber pushed back so that the ignition electrodes exclusively from fresh combustible fuel Air mixture to be washed out of the main combustion chamber comes from.

Am Ende des Verdichtungshubes wird dann die Zündung eingeleitet. Dazu wird der Mittelelektrode (9) Hochspannung zugeführt, die über die Zündelektroden (7) an den Funkenstrecken (8) anliegt und dort den Zündfunken erzeugt.The ignition is then initiated at the end of the compression stroke. For this purpose, the central electrode ( 9 ) is supplied with high voltage, which is applied to the spark gaps ( 8 ) via the ignition electrodes ( 7 ) and generates the ignition spark there.

lnfolge der Einströmung durch die Tangentialbohrungen (5) wird dem Inhalt der beiden Vorbrennkammerteilen ein straker Drall aufgeprägt, der dann in Verbindung mit der Zündung des Gemisches zwischen einer der Elektroden und der Wand der vorderen Vorbrennkammer zu einer schnellen Ausbreitung von Flammenfronten innerhalb der Vorbrennkammern führt. Dadurch steigen Druck und Temperatur stark an und das brennende Kraftstoff-Luftgemisch wird in Form mehrerer Zündfackeln durch die Überströmkanäle (5 und 6) in den Hauptbrennraum einschießen und dort den Verbrennungsvorgang einleiten.As a result of the inflow through the tangential bores ( 5 ), the contents of the two parts of the pre-combustion chamber are subjected to a strong swirl which, in connection with the ignition of the mixture between one of the electrodes and the wall of the front pre-combustion chamber, leads to a rapid spread of flame fronts within the pre-combustion chambers. As a result, the pressure and temperature rise sharply and the burning fuel-air mixture will shoot into the main combustion chamber in the form of several ignition torches through the overflow channels ( 5 and 6 ) and initiate the combustion process there.

Die im Schnitt entlang der Linie I-II dargestellte Untersicht des ersten Ausführungsbeispiels in Fig. 2 zeigt die Lage der Tangentialbohrungen (5), durch die dem Gas in den Vorbrennkammern (4 und 5) ein starker Drall aufgeprägt wird. Aus der Anordnung der Zündelektroden (7) wird die gleichmäßige Verteilung von hier beispielhaft 4 Funken strecken (8) am inneren Umfang der Wand (13) ersichtlich.The bottom view of the first exemplary embodiment in FIG. 2 shown in section along the line I-II shows the position of the tangential bores ( 5 ) through which a strong swirl is applied to the gas in the pre-combustion chambers ( 4 and 5 ). The arrangement of the ignition electrodes ( 7 ) shows the uniform distribution of 4 sparks ( 8 ) on the inner circumference of the wall ( 13 ).

In einer zweiten Ausführungsform in Fig. 3, die bis auf die Zahl der Zündelektroden der von Fig. 1 gleicht, wird dargestellt, daß auch Ausführungen mit 2 Funkenstrecken vorgesehen werden können. Es ist vorteilhaft, die Anzahl der Funkenstrecken, die auch drei, fünf oder mehr sein kann, speziell auf die Gemischbildungsart und die Brennraumform und Brennraumgröße der Brennkraftmaschine sowie die Kraftstoffart abzustimmen.In a second embodiment in FIG. 3, which is the same as that of FIG. 1 except for the number of ignition electrodes, it is shown that versions with two spark gaps can also be provided. It is advantageous to match the number of spark gaps, which can also be three, five or more, specifically to the type of mixture formation and the combustion chamber shape and size of the internal combustion engine and the type of fuel.

Claims

1. Ignition electrode arrangement for igniting preferably lean fuel-air mixtures with a spark plug, in which the plug body encloses a preferably cylindrical space acting as a pre-combustion chamber and in which a front pre-combustion chamber with a smaller diameter adjoins a rear pre-combustion chamber in the direction of the main combustion chamber, the walls of which partially protrude into the main combustion chamber and where there is an alternate gas transfer between the pre-combustion chamber and the main combustion chamber through at least one tangentially arranged bore in the wall of the front chamber part and where the mixture is ignited by an ignition spark which arises in a spark gap, which is preferably on The inner wall of the front pre-combustion chamber is arranged, characterized in that a plurality of pin-like ignition electrodes ( 7 , 7 ') are arranged on a central electrode carrier ( 9 , 9 ') en Pre-combustion chamber ( 4 ) end near the wall and form several spark gaps ( 8 , 8 ') in its extension to the wall.

2. Ignition electrode arrangement according to claim 1, characterized in that the central electrode carrier ( 9 , 9 ') ends in front of the front pre-combustion chamber ( 4 ).

3. Ignition electrode arrangement according to claim 1, characterized in that the pin-shaped electrodes ( 7 , 7 ') are directed obliquely forward to the wall ( 13 ) of the front pre-combustion chamber ( 4 ) and protrude into this chamber part.

4. Ignition electrode arrangement according to claim 3, characterized in that the resulting spark gaps ( 8 , 8 ') are evenly distributed on the circumference of the front pre-combustion chamber ( 4 ).

5. Ignition electrodes according to claim 3 and 4, characterized in that 4 ignition electrodes ( 7 ) are used.